Dans tous les organismes (à l'exception de certains virus), la mise en œuvre du matériel génétique se fait selon le système ADN-ARN-protéine. Lors de la première étape, les informations sont réécrites (transcrites) d'un acide nucléique à un autre. Les protéines qui régulent ce processus sont appelées facteurs de transcription.
Qu'est-ce que la transcription
La transcription est la biosynthèse d'une molécule d'ARN basée sur une matrice d'ADN. Ceci est possible grâce à la complémentarité de certaines bases azotées qui composent les acides nucléiques. La synthèse est réalisée par des enzymes spécialisées - les ARN polymérases et est contrôlée par de nombreuses protéines régulatrices.
L'ensemble du génome n'est pas transcrit en une seule fois, mais seulement une certaine partie de celui-ci, appelée transcripton. Ce dernier comprend un promoteur (le site de fixation de l'ARN polymérase) et un terminateur (une séquence qui active l'achèvement de la synthèse).
Le transcripton procaryote est un opéron composé de plusieurs gènes structuraux (cistrons). Sur cette base, l'ARN polycistronique est synthétisé,contenant des informations sur la séquence d'acides aminés d'un groupe de protéines fonctionnellement apparentées. Le transcripton eucaryote ne contient qu'un seul gène.
Le rôle biologique du processus de transcription est la formation de séquences d'ARN matrices, sur la base desquelles la synthèse protéique (traduction) est effectuée dans les ribosomes.
Synthèse d'ARN chez les procaryotes et les eucaryotes
Le schéma de synthèse d'ARN est le même pour tous les organismes et comprend 3 étapes:
- Initiation - fixation de la polymérase au promoteur, activation du processus.
- Elongation - extension de la chaîne nucléotidique dans le sens de l'extrémité 3' à 5' avec la fermeture des liaisons phosphodiester entre les bases azotées, qui sont sélectionnées en complément des monomères d'ADN.
- La résiliation est l'achèvement du processus de synthèse.
Chez les procaryotes, tous les types d'ARN sont transcrits par une ARN polymérase, composée de cinq protomères (β, β', ω et deux sous-unités α), qui forment ensemble une enzyme centrale capable d'augmenter la chaîne de ribonucléotides. Il existe également une unité supplémentaire σ, sans laquelle la fixation de la polymérase sur le promoteur est impossible. Le complexe du noyau et du facteur sigma est appelé une holoenzyme.
Malgré le fait que la sous-unité σ n'est pas toujours associée au noyau, elle est considérée comme faisant partie de l'ARN polymérase. À l'état dissocié, sigma n'est pas capable de se lier au promoteur, uniquement en tant que partie de l'holoenzyme. Une fois l'initiation terminée, ce protomère se sépare du noyau et est remplacé par un facteur d'allongement.
Fonctionnalitéprocaryotes est une combinaison de processus de traduction et de transcription. Les ribosomes rejoignent immédiatement l'ARN qui commence à être synthétisé et construit une chaîne d'acides aminés. La transcription s'arrête en raison de la formation d'une structure en épingle à cheveux dans la région du terminateur. À ce stade, le complexe ADN-polymérase-ARN se décompose.
Dans les cellules eucaryotes, la transcription est assurée par trois enzymes:
- ARN polymérase l – synthétise l'ARN ribosomique 28S et 18S.
- ARN polymérase ll - transcrit les gènes codant pour les protéines et les petits ARN nucléaires.
- ARN polymérase lll - responsable de la synthèse de l'ARNt et de l'ARNr 5S (petite sous-unité des ribosomes).
Aucune de ces enzymes n'est capable d'initier la transcription sans la participation de protéines spécifiques qui assurent l'interaction avec le promoteur. L'essence du processus est la même que chez les procaryotes, mais chaque étape est beaucoup plus compliquée avec la participation d'un plus grand nombre d'éléments fonctionnels et régulateurs, y compris ceux modifiant la chromatine. Rien qu'au stade de l'initiation, une centaine de protéines sont impliquées, dont de nombreux facteurs de transcription, alors que chez les bactéries, une seule sous-unité sigma suffit à se lier au promoteur et parfois l'aide d'un activateur est nécessaire.
La contribution la plus importante du rôle biologique de la transcription dans la biosynthèse de divers types de protéines détermine la nécessité d'un système strict de contrôle de la lecture des gènes.
Réglementation transcriptionnelle
Dans aucune cellule le matériel génétique n'est pleinement réalisé: seule une partie des gènes est transcrite, tandis que les autres sont inactifs. Ceci est possible grâce au complexemécanismes de régulation qui déterminent à partir de quels segments d'ADN et en quelle quantité les séquences d'ARN seront synthétisées.
Dans les organismes unicellulaires, l'activité différentielle des gènes a une valeur adaptative, tandis que dans les organismes multicellulaires, elle détermine également les processus d'embryogenèse et d'ontogenèse, lorsque différents types de tissus se forment sur la base d'un génome.
L'expression des gènes est contrôlée à plusieurs niveaux. L'étape la plus importante est la régulation de la transcription. La signification biologique de ce mécanisme est de maintenir la quantité requise de diverses protéines requises par une cellule ou un organisme à un moment donné de son existence.
Il y a un ajustement de la biosynthèse à d'autres niveaux, tels que le traitement, la traduction et le transport de l'ARN du noyau vers le cytoplasme (ce dernier est absent chez les procaryotes). Lorsqu'ils sont régulés positivement, ces systèmes sont responsables de la production d'une protéine basée sur le gène activé, qui est le sens biologique de la transcription. Cependant, à tout moment, la chaîne peut être suspendue. Certaines caractéristiques de régulation chez les eucaryotes (promoteurs alternatifs, épissage, modification des sites de polyadénellation) conduisent à l'apparition de différentes variantes de molécules protéiques basées sur la même séquence d'ADN.
Étant donné que la formation d'ARN est la première étape du décodage de l'information génétique sur la voie de la biosynthèse des protéines, le rôle biologique du processus de transcription dans la modification du phénotype cellulaire est bien plus important que la régulation du traitement ou de la traduction.
Détermination de l'activité de gènes spécifiques comme danschez les procaryotes comme chez les eucaryotes, il se produit au stade de l'initiation à l'aide de commutateurs spécifiques, qui comprennent des régions régulatrices de l'ADN et des facteurs de transcription (TF). Le fonctionnement de tels commutateurs n'est pas autonome, mais est sous le contrôle strict d'autres systèmes cellulaires. Il existe également des mécanismes de régulation non spécifique de la synthèse d'ARN, qui assurent le passage normal de l'initiation, de l'élongation et de la terminaison.
Le concept de facteurs de transcription
Contrairement aux éléments régulateurs du génome, les facteurs de transcription sont chimiquement des protéines. En se liant à des régions spécifiques de l'ADN, ils peuvent activer, inhiber, accélérer ou ralentir le processus de transcription.
Selon l'effet produit, les facteurs de transcription des procaryotes et des eucaryotes peuvent être divisés en deux groupes: les activateurs (initient ou augmentent l'intensité de la synthèse d'ARN) et les répresseurs (suppression ou inhibent le processus). Actuellement, plus de 2000 TF ont été trouvés dans divers organismes.
Régulation transcriptionnelle chez les procaryotes
Chez les procaryotes, le contrôle de la synthèse d'ARN se produit principalement au stade de l'initiation en raison de l'interaction de TF avec une région spécifique du transcripton - un opérateur situé à côté du promoteur (parfois en intersection avec lui) et, en fait, est un site d'atterrissage pour la protéine régulatrice (activateur ou répresseur). Les bactéries sont caractérisées par un autre moyen de contrôle différentiel des gènes - la synthèse de sous-unités σ alternatives destinées à différents groupes de promoteurs.
Expression partiellement opéronpeut être régulé aux stades d'élongation et de terminaison, mais pas en raison des TF se liant à l'ADN, mais en raison des protéines interagissant avec l'ARN polymérase. Ceux-ci incluent les protéines Gre et les facteurs anti-terminateurs Nus et RfaH.
L'allongement et la terminaison de la transcription chez les procaryotes sont influencés d'une certaine manière par la synthèse protéique parallèle. Chez les eucaryotes, ces processus eux-mêmes et les facteurs de transcription et de traduction sont spatialement séparés, ce qui signifie qu'ils ne sont pas fonctionnellement liés.
Activateurs et répresseurs
Les procaryotes ont deux mécanismes de régulation de la transcription au stade de l'initiation:
- positif - réalisé par des protéines activatrices;
- négatif - contrôlé par des répresseurs.
Lorsque le facteur est régulé positivement, l'attachement du facteur à l'opérateur active le gène, et lorsqu'il est négatif, au contraire, il l'éteint. La capacité d'une protéine régulatrice à se lier à l'ADN dépend de la fixation d'un ligand. Le rôle de ce dernier est généralement joué par des métabolites cellulaires de faible poids moléculaire, qui agissent dans ce cas comme des coactivateurs et des corépresseurs.
Le mécanisme d'action du répresseur est basé sur le chevauchement des régions promotrices et opératrices. Dans les opérons de cette structure, la fixation d'un facteur protéique à l'ADN ferme une partie du site d'atterrissage de l'ARN polymérase, empêchant cette dernière d'initier la transcription.
Les activateurs agissent sur des promoteurs faibles et à faible fonctionnalité qui sont mal reconnus par les ARN polymérases ou qui sont difficiles à faire fondre (brins d'hélice séparésADN requis pour initier la transcription). En rejoignant l'opérateur, le facteur protéique interagit avec la polymérase, augmentant significativement la probabilité d'initiation. Les activateurs sont capables d'augmenter l'intensité de la transcription de 1000 fois.
Certains TF procaryotes peuvent agir à la fois comme activateurs et comme répresseurs selon la localisation de l'opérateur par rapport au promoteur: si ces régions se chevauchent, le facteur inhibe la transcription, sinon il se déclenche.
| Fonction du ligand par rapport au facteur | État du ligand | Régulation négative | Régulation positive |
| Fournit une séparation de l'ADN | Rejoindre | Élimination de la protéine répresseur, activation du gène | Retrait de la protéine activatrice, arrêt du gène |
| Ajoute un facteur à l'ADN | Supprimer | Suppression du répresseur, inclusion de la transcription | Supprimer l'activateur, désactiver la transcription |
La régulation négative peut être envisagée sur l'exemple de l'opéron tryptophane de la bactérie E. coli, qui se caractérise par la localisation de l'opérateur au sein de la séquence promotrice. La protéine répresseur est activée par la fixation de deux molécules de tryptophane, qui modifient l'angle du domaine de liaison à l'ADN afin qu'il puisse pénétrer dans le sillon principal de la double hélice. A faible concentration de tryptophane, le répresseur perd son ligand et redevient inactif. En d'autres termes, la fréquence d'initiation de la transcriptioninversement proportionnel à la quantité de métabolite.
Certains opérons bactériens (par exemple, le lactose) combinent des mécanismes de régulation positifs et négatifs. Un tel système est nécessaire lorsqu'un signal ne suffit pas pour un contrôle rationnel de l'expression. Ainsi, l'opéron lactose code pour des enzymes qui transportent dans la cellule puis décomposent le lactose, une source d'énergie alternative moins rentable que le glucose. Par conséquent, seulement à une faible concentration de ce dernier, la protéine CAP se lie à l'ADN et commence la transcription. Cependant, cela n'est conseillé qu'en présence de lactose, dont l'absence entraîne l'activation du répresseur Lac, qui bloque l'accès de la polymérase au promoteur même en présence d'une forme fonctionnelle de la protéine activatrice.
En raison de la structure de l'opéron chez les bactéries, plusieurs gènes sont contrôlés par une région régulatrice et 1-2 TF, tandis que chez les eucaryotes, un seul gène possède un grand nombre d'éléments régulateurs, chacun dépendant de nombreux autres facteurs. Cette complexité correspond au haut niveau d'organisation des eucaryotes, et plus particulièrement des organismes multicellulaires.
Régulation de la synthèse d'ARNm chez les eucaryotes
Le contrôle de l'expression des gènes eucaryotes est déterminé par l'action combinée de deux éléments: les faits de transcription protéique (TF) et les séquences d'ADN régulatrices qui peuvent être situées à côté du promoteur, beaucoup plus haut que lui, dans les introns ou après le gène (c'est-à-dire la région codante, et non un gène au sens complet).
Certaines zones agissent comme des interrupteurs, d'autres n'interagissent pasdirectement avec TF, mais donnent à la molécule d'ADN la flexibilité nécessaire à la formation d'une structure en forme de boucle qui accompagne le processus d'activation transcriptionnelle. Ces régions sont appelées espaceurs. Toutes les séquences régulatrices ainsi que le promoteur constituent la région de contrôle du gène.
Il convient de noter que l'action des facteurs de transcription eux-mêmes n'est qu'une partie d'une régulation complexe à plusieurs niveaux de l'expression génétique, dans laquelle un grand nombre d'éléments s'ajoutent au vecteur résultant, qui détermine si l'ARN sera éventuellement être synthétisé à partir d'une région particulière du génome.
Un facteur supplémentaire dans le contrôle de la transcription dans la cellule nucléaire est un changement dans la structure de la chromatine. Ici, à la fois la régulation totale (fournie par la distribution des régions d'hétérochromatine et d'euchromatine) et la régulation locale associée à un gène spécifique sont présentes. Pour que la polymérase fonctionne, tous les niveaux de compactage de l'ADN, y compris le nucléosome, doivent être éliminés.
La diversité des facteurs de transcription chez les eucaryotes est associée à un grand nombre de régulateurs, qui comprennent des amplificateurs, des silencieux (enhancers et silencieux), ainsi que des éléments adaptateurs et des isolants. Ces sites peuvent être situés à la fois à proximité et à une distance considérable du gène (jusqu'à 50 000 pb).
Enhancers, silencieux et éléments d'adaptation
Les activateurs sont de courts ADN séquentiels capables de déclencher la transcription lorsqu'ils interagissent avec une protéine régulatrice. Rapprochement de l'amplificateur à la région promotrice du gèneest réalisée en raison de la formation d'une structure en forme de boucle d'ADN. La liaison d'un activateur à un activateur stimule l'assemblage du complexe d'initiation ou aide la polymérase à procéder à l'élongation.
L'enhancer a une structure complexe et se compose de plusieurs sites de module, chacun ayant sa propre protéine régulatrice.
Les silencieux sont des régions d'ADN qui suppriment ou excluent complètement la possibilité de transcription. Le mécanisme de fonctionnement d'un tel interrupteur est encore inconnu. L'une des méthodes hypothétiques est l'occupation de grandes régions d'ADN par des protéines spéciales du groupe SIR, qui bloquent l'accès aux facteurs d'initiation. Dans ce cas, tous les gènes situés à quelques milliers de paires de bases du silencieux sont désactivés.
Les éléments adaptateurs en combinaison avec les TF qui se lient à eux constituent une classe distincte de commutateurs génétiques qui répondent sélectivement aux hormones stéroïdes, à l'AMP cyclique et aux glucocorticoïdes. Ce bloc régulateur est responsable de la réponse de la cellule au choc thermique, à l'exposition aux métaux et à certains composés chimiques.
Parmi les régions de contrôle de l'ADN, on distingue un autre type d'éléments - les isolants. Ce sont des séquences spécifiques qui empêchent les facteurs de transcription d'affecter les gènes distants. Le mécanisme d'action des isolants n'a pas encore été élucidé.
Facteurs de transcription eucaryotes
Si les facteurs de transcription dans les bactéries n'ont qu'une fonction régulatrice, alors dans les cellules nucléaires, il existe tout un groupe de TF qui fournissent l'initiation de fond, mais en même temps dépendent directement de la liaison àProtéines régulatrices de l'ADN. Le nombre et la variété de ces derniers chez les eucaryotes sont énormes. Ainsi, dans le corps humain, la proportion de séquences codant pour des facteurs de transcription protéiques est d'environ 10 % du génome.
À ce jour, les TF eucaryotes ne sont pas bien comprises, tout comme les mécanismes de fonctionnement des commutateurs génétiques, dont la structure est beaucoup plus compliquée que les modèles de régulation positive et négative chez les bactéries. Contrairement à ces derniers, l'activité des facteurs de transcription des cellules nucléaires n'est pas affectée par un ou deux, mais par des dizaines voire des centaines de signaux qui peuvent se renforcer, s'affaiblir ou s'exclure mutuellement.
D'une part, l'activation d'un gène particulier nécessite tout un ensemble de facteurs de transcription, mais d'autre part, une seule protéine régulatrice peut suffire à déclencher l'expression de plusieurs gènes par le mécanisme en cascade. L'ensemble de ce système est un ordinateur complexe qui traite les signaux provenant de différentes sources (à la fois externes et internes) et ajoute leurs effets au résultat final avec un signe plus ou moins.
Les facteurs de transcription régulateurs chez les eucaryotes (activateurs et répresseurs) n'interagissent pas avec l'opérateur, comme chez les bactéries, mais avec des sites de contrôle dispersés sur l'ADN et affectent l'initiation par des intermédiaires, qui peuvent être des protéines médiatrices, facteurs du complexe d'initiation et des enzymes qui modifient la structure de la chromatine.
À l'exception de certains TF inclus dans le complexe de pré-initiation, tous les facteurs de transcription ont un domaine de liaison à l'ADN qui distinguede nombreuses autres protéines qui assurent le passage normal de la transcription ou agissent comme intermédiaires dans sa régulation.
Des études récentes ont montré que les TF eucaryotes peuvent affecter non seulement l'initiation mais aussi l'allongement de la transcription.
Variété et classification
Chez les eucaryotes, il existe 2 groupes de facteurs de transcription protéique: basal (autrement dit général ou principal) et régulateur. Les premiers sont chargés de la reconnaissance des promoteurs et de la création du complexe de pré-initiation. Nécessaire pour commencer la transcription. Ce groupe comprend plusieurs dizaines de protéines qui sont toujours présentes dans la cellule et n'affectent pas l'expression différentielle des gènes.
Le complexe des facteurs de transcription basaux est un outil dont la fonction est similaire à celle de la sous-unité sigma chez les bactéries, mais en plus complexe et adapté à tous les types de promoteurs.
Des facteurs d'un autre type affectent la transcription par interaction avec des séquences d'ADN régulatrices. Étant donné que ces enzymes sont spécifiques à un gène, il en existe un très grand nombre. En se liant à des régions de gènes spécifiques, ils contrôlent la sécrétion de certaines protéines.
La classification des facteurs de transcription chez les eucaryotes repose sur trois principes:
- mécanisme d'action;
- conditions de fonctionnement;
- structure du domaine de liaison à l'ADN.
Selon la première caractéristique, il existe 2 classes de facteurs: basal (interagissent avec le promoteur) et se liant aux régions amont (régions régulatrices situées en amont du gène). Cette sortela classification correspond essentiellement à la division fonctionnelle du TF en général et spécifique. Les facteurs en amont sont divisés en 2 groupes en fonction du besoin d'activation supplémentaire.
Selon les caractéristiques de fonctionnement, les TF constitutifs sont distingués (toujours présents dans n'importe quelle cellule) et inductibles (non caractéristiques de tous les types de cellules et peuvent nécessiter certains mécanismes d'activation). Les facteurs du deuxième groupe, à leur tour, sont divisés en spécifiques à la cellule (participent à l'ontogenèse, se caractérisent par un contrôle strict de l'expression, mais ne nécessitent pas d'activation) et dépendants du signal. Ces derniers se différencient selon le type et le mode d'action du signal d'activation.
La classification structurelle des facteurs de transcription protéique est très étendue et comprend 6 superclasses, qui comprennent de nombreuses classes et familles.
Principe de fonctionnement
Le fonctionnement des facteurs basaux est un assemblage en cascade de différentes sous-unités avec formation d'un complexe d'initiation et activation de la transcription. En fait, ce processus est la dernière étape de l'action de la protéine activatrice.
Des facteurs spécifiques peuvent réguler la transcription en deux étapes:
- montage du complexe d'initiation;
- transition vers l'allongement productif.
Dans le premier cas, le travail des TF spécifiques est réduit au réarrangement primaire de la chromatine, ainsi qu'au recrutement, à l'orientation et à la modification du médiateur, de la polymérase et des facteurs basaux sur le promoteur, ce qui conduit à l'activation de transcription. L'élément principal de la transmission du signal est le médiateur - un complexe de 24 sous-unités agissant danscomme intermédiaire entre la protéine régulatrice et l'ARN polymérase. La séquence d'interactions est individuelle pour chaque gène et son facteur correspondant.
La régulation de l'allongement est réalisée grâce à l'interaction du facteur avec la protéine P-Tef-b, qui aide l'ARN polymérase à surmonter la pause associée au promoteur.
Structures fonctionnelles de TF
Les facteurs de transcription ont une structure modulaire et effectuent leur travail à travers trois domaines fonctionnels:
- DNA-binding (DBD) - nécessaire pour la reconnaissance et l'interaction avec la région régulatrice du gène.
- Trans-activant (TAD) - permet l'interaction avec d'autres protéines régulatrices, y compris les facteurs de transcription.
- Signal-Recognizing (SSD) - requis pour la perception et la transmission des signaux réglementaires.
À son tour, le domaine de liaison à l'ADN a plusieurs types. Les principaux motifs de sa structure incluent:
- "doigts de zinc";
- homéodomaine;
- Couches "β";
- boucles;
- "éclair de leucine";
- spirale-boucle-spirale;
- spirale-tourner-spirale.
Grâce à ce domaine, le facteur de transcription « lit » la séquence nucléotidique de l'ADN sous la forme d'un motif à la surface de la double hélice. De ce fait, une reconnaissance spécifique de certains éléments réglementaires est possible.
L'interaction des motifs avec l'hélice d'ADN est basée sur la correspondance exacte entre les surfaces de cesmolécules.
Régulation et synthèse de TF
Il existe plusieurs façons de réguler l'influence des facteurs de transcription sur la transcription. Ceux-ci incluent:
- activation - une modification de la fonctionnalité du facteur par rapport à l'ADN en raison de la phosphorylation, de la fixation du ligand ou de l'interaction avec d'autres protéines régulatrices (y compris TF);
- translocation - transport d'un facteur du cytoplasme au noyau;
- la disponibilité du site de liaison - dépend du degré de condensation de la chromatine (à l'état d'hétérochromatine, l'ADN n'est pas disponible pour le TF);
- un ensemble de mécanismes qui sont également caractéristiques d'autres protéines (régulation de tous les processus, de la transcription à la modification post-traductionnelle et à la localisation intracellulaire).
La dernière méthode détermine la composition quantitative et qualitative des facteurs de transcription dans chaque cellule. Certains TF sont capables de réguler leur synthèse selon le type de rétroaction classique, lorsque son propre produit devient un inhibiteur de la réaction. Dans ce cas, une certaine concentration du facteur arrête la transcription du gène qui le code.
Facteurs de transcription généraux
Ces facteurs sont nécessaires pour démarrer la transcription de tout gène et sont désignés dans la nomenclature par TFl, TFll et TFlll selon le type d'ARN polymérase avec laquelle ils interagissent. Chaque facteur se compose de plusieurs sous-unités.
Les TF basaux remplissent trois fonctions principales:
- emplacement correct de l'ARN polymérase sur le promoteur;
- déroulement des chaînes d'ADN dans la région du début de la transcription;
- libération de la polymérase depromoteur au moment de la transition vers l'allongement;
Certaines sous-unités de facteurs de transcription basaux se lient à des éléments régulateurs promoteurs. La plus importante est la boîte TATA (non caractéristique de tous les gènes), située à une distance de "-35" nucléotides du point d'initiation. D'autres sites de liaison comprennent les séquences INR, BRE et DPE. Certains TF ne contactent pas directement l'ADN.
Le groupe des principaux facteurs de transcription de l'ARN polymérase II comprend TFllD, TFllB, TFllF, TFllE et TFllH. La lettre latine à la fin de la désignation indique l'ordre de détection de ces protéines. Ainsi, le facteur TFlllA, qui appartient à la lll ARN polymérase, a été le premier à être isolé.
| Nom | Nombre de sous-unités protéiques | Fonction |
| TFllD | 16 (TBP +15 TAF) | TBP se lie à la boîte TATA et les TAF reconnaissent d'autres séquences promotrices |
| TFllB | 1 | Reconnaît l'élément BRE, oriente avec précision la polymérase au site d'initiation |
| TFllF | 3 | Stabilise l'interaction polymérase avec TBP et TFllB, facilite la fixation de TFllE et TFllH |
| TFllE | 2 | Connecte et ajuste TFllH |
| TFllH | 10 | Sépare les chaînes d'ADN au point d'initiation, libère l'enzyme synthétisant l'ARN du promoteur et des principaux facteurs de transcription (biochimieprocessus est basé sur la phosphorylation du domaine Cer5-C-terminal de l'ARN polymérase) |
L'assemblage du TF basal ne se produit qu'avec l'aide d'un activateur, d'un médiateur et de protéines modifiant la chromatine.
TF spécifique
Grâce au contrôle de l'expression génétique, ces facteurs de transcription régulent les processus de biosynthèse des cellules individuelles et de l'organisme entier, de l'embryogenèse à l'adaptation phénotypique fine aux conditions environnementales changeantes. La sphère d'influence de la TF comprend 3 blocs principaux:
- développement (embryon et ontogénie);
- cycle cellulaire;
- réponse aux signaux externes.
Un groupe spécial de facteurs de transcription régule la différenciation morphologique de l'embryon. Cet ensemble de protéines est codé par une séquence consensus spéciale de 180 bp appelée homeobox.
Afin de déterminer quel gène doit être transcrit, la protéine régulatrice doit "trouver" et se lier à un site spécifique de l'ADN qui agit comme un commutateur génétique (enhancer, silencieux, etc.). Chacune de ces séquences correspond à un ou plusieurs facteurs de transcription apparentés qui reconnaissent le site souhaité en raison de la coïncidence des conformations chimiques d'un segment externe particulier de l'hélice et du domaine de liaison à l'ADN (principe de verrouillage). Pour la reconnaissance, une région de la structure primaire de l'ADN appelée sillon majeur est utilisée.
Après la liaison à l'action de l'ADNla protéine activatrice déclenche une série d'étapes successives conduisant à l'assemblage du complexe préinitiateur. Le schéma généralisé de ce processus est le suivant:
- Activateur se liant à la chromatine dans la région promotrice, recrutement de complexes de réarrangement dépendant de l'ATP.
- Réarrangement de la chromatine, activation des protéines modifiant les histones.
- Modification covalente des histones, attraction d'autres protéines activatrices.
- Liaison de protéines activatrices supplémentaires à la région régulatrice du gène.
- Implication d'un médiateur et TF général.
- Assemblage du complexe de pré-initiation sur le promoteur.
- Influence d'autres protéines activatrices, réarrangement des sous-unités du complexe de pré-initiation.
- Démarrer la transcription.
L'ordre de ces événements peut varier d'un gène à l'autre.
À un si grand nombre de mécanismes d'activation correspond un éventail tout aussi large de méthodes de répression. C'est-à-dire qu'en inhibant l'une des étapes sur le chemin de l'initiation, la protéine régulatrice peut réduire son efficacité ou la bloquer complètement. Le plus souvent, le répresseur active plusieurs mécanismes à la fois, garantissant l'absence de transcription.
Contrôle coordonné des gènes
Malgré le fait que chaque transcripton possède son propre système de régulation, les eucaryotes disposent d'un mécanisme qui permet, comme les bactéries, de déclencher ou d'arrêter des groupes de gènes destinés à accomplir une tâche spécifique. Ceci est réalisé par un facteur déterminant de la transcription qui complète les combinaisonsautres éléments de régulation nécessaires pour une activation ou une suppression maximale du gène.
Dans les transcriptons soumis à une telle régulation, l'interaction de différents composants conduit à la même protéine, qui agit comme vecteur résultant. Par conséquent, l'activation d'un tel facteur affecte plusieurs gènes à la fois. Le système fonctionne sur le principe d'une cascade.
Le schéma de contrôle coordonné peut être considéré sur l'exemple de la différenciation ontogénétique des cellules musculaires squelettiques, dont les précurseurs sont les myoblastes.
La transcription des gènes codant pour la synthèse des protéines caractéristiques d'une cellule musculaire mature est déclenchée par l'un des quatre facteurs myogéniques: MyoD, Myf5, MyoG et Mrf4. Ces protéines activent la synthèse d'elles-mêmes et les unes des autres, et comprennent également les gènes du facteur de transcription supplémentaire Mef2 et des protéines musculaires structurelles. Mef2 est impliqué dans la régulation de la différenciation ultérieure des myoblastes, tout en maintenant simultanément la concentration de protéines myogéniques par un mécanisme de rétroaction positive.
